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English to Korean: Scientists turn old plastic bottles into fuel General field: Science
Source text - English Millions of tons of plastic garbage pollute our world. What if we could turn them into fuel instead?
That's the ambitious plan of a team of scientists from the University of California, Irvine (UCI), and the Shanghai Institute of Organic Chemistry (SIOC) in China.
The technique involves breaking down the plastic to a molecular level to turn it into a readily usable fuel similar to diesel.
The source material is the most common type of plastic, polyethylene, which is predicted to reach a global annual demand of nearly 100 million metric tons by 2018.
Too much plastic
Polyethylene is used to produce various types of packaging, from bags to bottles, but it doesn't degrade easily and can linger in the environment for even hundreds of years.
Along with other types of plastics it pollutes waterways and oceans (one large cluster is known as the Great Pacific Garbage Patch) and often gets eaten by birds and marine life.
An easy system to turn used plastic into fuel could help relieve the burden on the environment of a material that loses 95% of its value after one use cycle.
A clean transformation
"The process does not involve any harmful chemicals and does not create waste products," explains Zhibin Guan of the University of California, Irvine, one of the authors of the study.
Devised "in light of the huge plastic pollution as well as the critical energy needs in China," the process basically melts the old plastic into liquid fuels and waxes.
The technique, published along with the team's findings in the journal Science Advances, requires three additional ingredients.
The first is a cheap byproduct of oil refinement, called an "alkane." The other two are catalysts, or chemical components that facilitate a chemical reaction.
The goal is to break the molecules in the plastic down to their original components -- hydrogen and carbon -- to rearrange them into a usable form.
"The short alkanes used in our process have very low values because they cannot be used as transportation fuels or as gases," says Zheng Huang of the Shanghai Institute of Organic Chemistry, also among the authors of the study.
"Therefore, essentially, the process can transform two low-value substances -- old plastic and refinery byproducts -- into valuable fuels and waxes."
Expensive ingredients
Unfortunately, the other two ingredients in the recipe don't come cheap.
"The iridium catalyst is relatively expensive, which requires high turnover to reduce the overall cost," says Guan.
"The rhenium catalyst is also not cheap," says Huang, "To make this economically viable, the current plastic-to-catalyst ratio needs to be significantly improved."
In the current trials, the plastic to catalyst ratio is 30 to 1. The researchers say it needs to increase to 10,000 to 1 or better.
"Alternatively, we can make our catalyst recyclable to reduce the cost," says Huang. Currently, the catalyst is short lived and therefore needs frequent replacement.
"If the catalyst activity and cost issue are addressed, the process is relatively simple and should fit smoothly within the current recycling patterns."
Future potential
The resulting fuel, although yet to be tested, should work with current combustion engines, the researchers say.
"It's also very clean, so it should burn as cleanly as current diesel fuels, as all it contains are carbon and hydrogen atoms," says Guan.
George Britovsek, a Catalysis Expert at the Imperial College London and not involved in the study, agrees on its potential: "The method devised by Huang, Guan and co-workers is a nice application of a known technique for the production of liquid fuels from waste plastic.
"Its success will be determined by their ability to scale it up from grams to tons, to reduce the costs associated with the purification of the source material, to recycle the catalysts and to obtain a good end-product. If that happens, this approach may become favorable compared to the current options of recycling or burning the waste plastic."
Translation - Korean 수 백만 톤의 플라스틱 쓰레기가 세계를 오염하고 있다. 만약 이걸 연료 대체재로 바꾼다면?
중국 상하이 유기화학(SIOC) 기관과 어빈의 캘리포니아 대학 소속 과학자 팀의 야심적인 계획이다.
그 계획은 플라스틱을 부수고 분자 단위로 바꿔 디젤과 유사하게 사용할 수 있는 준비된 연료로 전환할 수 있는 기술을 포함한다.
원자재는 2018년 세계적으로 연간 소요가 100 백만 톤 가까이 될 것으로 예상되는 가장 흔한 플라스틱, 폴리에틸렌이다.
너무 많은 플라스틱
원유로부터 만들어지는 폴리에틸렌은 페트병을 만들기 위해 굉장히 많이 쓰이는 주재료인 PET의 주 구성 요소다.
재활용된 PET는 새 플라스틱 함유재나 폴리에스터라고 알려진 광학 섬유를 만드는데 쓰이지만 이 공정은 항상 가능하진 않은 도덕적인 목적, 수집, 화학 변환 체계가 필요하다.
2013년 미국의 PET 재활용율은 단지 31%를 넘었고 같은 해 57억 6400만 파운드의 페트병이 생산됐지만 오직 4억 7500만 파운드만이 재활용 되었다.
세계적으로 플라스틱의 절반 가량이 자연에서 수 백 년 동안 잘 분해되지 않고 남는 폴리에틸렌이다.
다른 종류의 플라스틱 유형들이 수도와 대양(가장 큰 구역 중 하나가 태평양 쓰레기 지대)을 오염하고 가끔 새와 해양 생물의 먹이가 되기도 한다.
플라스틱을 연료로 바꾸는 쉬운 체계는 한 번 쓰이고 95%의 가치를 잃어버리고 버려지는 재료들이 자연환경의 부담을 경감하게 도울 수 있을 것이다.
투명한 변환
어빈의 캘리포니아 대학 연구팀의 관계자인 지빈은 "변환 공정은 어떠한 해로운 화학 변환이나 낭비되는 제품을 만들지 않는다."고 설명했다.
그는 "중국의 중대한 에너지 소요와 빛에서 거대한 플라스틱 오염"(라는 논문?에서) 기본적으로 오래된 플라스틱을 액체 연료와 왁스로 녹이는 과정을 창안했다.
연구팀의 발견에 따른 세 추가적인 구성 요소를 필요로 하는 기술은 사이언스 어드밴시즈 저널에 연재 됐다.
첫째는 알케인이라 불리는 값싼 정유 부산물이고, 나머지는 촉매제나 화학반응을 가능하게 하는 화학 요소다.
목표는 플라스틱의 분자를 사용 가능한 형태로 재구성하기 위한 원래 형태인 수소와 탄소로 부수는 것이다.
SIOC의 젱황과 캘리포니아대의 연구원들은 짧은 알케인이 운송 연료나 가스로써 쓰이지 못하기에 이 공정에서 매우 낮은 가치를 갖는다고 말한다.
그러므로 근본적으로 공정은 오래된 플라스틱과 정제 부산물을 가치 있는 연료와 왁스로 변환하는 걸 가능하게 한다.
값비싼 요소들
불행히 다른 두 요소는 싸지 않다.
황은 총 비용을 줄이기 위해 높은 회전율이 필요한 이리듐 촉매제는 비교적 비싸다고 말했다.
황은 레늄 촉매제 또한 비싸다며 경제적으로 가능하게 만들기 위해 현재의 플라스틱과 촉매제의 비율이 굉장히 향상되어야 할 필요가 있다고 말한다.
현 비율은 플라스틱과 촉매제가 30대 1. 연구자들은 1만 대 1로 향상되어야 한다고 말한다.
황은 해결 방법이 촉매제가 비용을 줄이도록 재활용 될 수 있게 해야 한다고 말한다. 현재 촉매제는 수명이 짧으므로 주기적인 교체가 필요하다. 만약 촉매 활동과 비용 문제가 충분히 다뤄진다면, 이 공정이 상대적으로 간단하고 부드럽게 현재 재활용 패턴에 맞아 들어갈 거라고 했다.
미래 잠재력
연구원들은 아직 시험하진 않았으나 만들어진 연료는 현재 연소 엔진에 같이 사용될 수 있고 매우 깨끗하여 현 디젤 연료처럼 깨끗하게 태워질 수 있고 탄소와 수소 원자로만 구성될 거라고 말한다.
런던 제국 대학의 촉매 전문가 조지는 이번 연구에 속해있지 않지만 구완과 동료들, 황이 제안한 잠재력에 동의했다.
그 방법은 버려진 플라스틱으로부터 알려진 액체 연료 생산 기술의 훌륭한 적용이라며 그 성공은 그들의 개발 확대 능력과 원자재 정화 관련 비용 절감, 좋은 최종 결과물을 얻기 위한 촉매제의 재활용이 결정할 것이라 했다. 만약 실현된다면 이 접근 법은 현재 선택 가능한 재활용 법이나 버려진 플라스틱 연소 법들 보다 인기 있는 방법이 될 것이라고 말했다.
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